一种提高CPT原子磁力仪灵敏度和绝对精度的差分方法

摘要

本发明公开一种提高CPT原子磁力仪灵敏度和绝对精度的差分方法。该方法是恒温下将弱磁场探头置于待测磁场中；调节激光器控制电路，保持激光波长稳定，且保持激光波长与碱金属原子基态能级共振；将二分之一波片、偏振分束棱镜垂直置于激光，调节二分之一波片光轴与激光偏振的角度；将四分之一波片垂直于两束平行激光；调节四分之一波片光轴与激光偏振的角度，平行激光的偏振分别变为左旋圆偏振和右旋圆偏振；两个光电转换器件对左旋圆偏振激光、右旋圆偏振激光探测，将探测到的光强值经减法器相减，经数据采集处理设备采集、信号处理，得到待测磁场的磁感应强度                                          。本发明的优点是操作简单、灵敏度高、精度高。

主权项

一种提高CPT原子磁力仪灵敏度和绝对精度的差分方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1).保持恒温状态下，将弱磁场探头置于待测磁场中；步骤(2).调节CPT原子磁力仪中的激光光源：激光光源由半导体激光器、激光器控制电路、二分之一波片、偏振分束棱镜、四分之一波片构成；首先调节激光器控制电路中电流源、温度控制器、微波源、信号发生器，保持半导体激光器发射出的激光波长稳定，且保持半导体激光器发射出的激光波长与弱磁场探头中碱金属原子基态能级共振；将二分之一波片、偏振分束棱镜均垂直置于激光光束方向；调节二分之一波片光轴与激光偏振的角度，使得由半导体激光器发射出的一束激光经偏振分束棱镜分开后形成的两束平行激光光强相等；将四分之一波片垂直于两束平行激光的传播方向；调节四分之一波片光轴与激光偏振的角度，使得两束平行激光的偏振分别变为左旋圆偏振和右旋圆偏振；调节弱磁场探头的位置，使左旋圆偏振激光、右旋圆偏振激光透过弱磁场探头；步骤(3).调节CPT原子磁力仪中的信号探测器：信号探测器由两个光电转换器件、减法器、数据采集处理设备构成；两个光电转换器件分别对透过弱磁场探头的左旋圆偏振激光、右旋圆偏振激光进行探测，得到光电转换器件探测到的光强值与信号发生器输出信号频率的关系，关系如公式(1)、公式(2)：$Y_1=\frac{k}{\pi }\left[\frac{\upsilon }{{(X-f_0+\Delta f)}^2+{\upsilon }^2}\right]+N_c\left(X\right)---\left(1\right);$$Y_2=\frac{k}{\pi }\left[\frac{\upsilon }{{(X-f_0-\Delta f)}^2+{\upsilon }^2}\right]+N_c\left(X\right)---\left(2\right);$其中，Y₁与Y₂为两个光电转换器件探测到的光强值，X为信号发生器输出信号频率，π是圆周率，k为比例系数，是定值，υ为信号线宽，对于恒定温度下的包含碱金属饱和蒸汽的玻璃泡，υ也为定值，N_c(X)为共模噪声，Δf为非磁场因素引起的碱金属原子的能级分裂，f₀为由待测磁场引起的碱金属原子的能级分裂，其关系如公式(3)：f₀＝γ·B   (3)；其中，γ为定值；将光电转换器件探测到的光强值经过减法器相减，得到两个光电转换器件探测到的光强差值ΔY，如公式(4)：ΔY＝Y₁‑Y₂   (4)；然后经数据采集处理设备采集、信号处理，根据公式(1)、(2)、(4)，求解ΔY＝0时X对应的值f₀，最后根据公式(3)得到待测磁场的磁感应强度B。